Kömür Kullanan Büyük Yakma Tesisleri için met kılavuzu

2.5.- Akışkan yataklı yakma (kabarcıklı ve dolaşımlı akışkan yatak teknikleri)

2.5.1. Akışkan yataklı yakma (FBC)

Yaklaşık 750 - 950 ºC yanma sıcaklıkları ile uzun kalma süresi nedeniyle yakıtın çok daha büyük oranda yanarak tükenmesi söz konusudur ve bu nedenle yakma ürünleri ile ilgili emisyonlar nispeten düşüktür. Bu sıcaklıklar yanma gazlarında kireçtaşı veya dolomit kullanılarak SO₂ çökeltilebilmesi için idealdir ve böylelikle NOx emisyonlarında da önemli ölçüde azalma sağlanır.

Bu FBC tipi kazanlar için katı yakıtın genellikle kabaca öğütülmesi gereklidir. Çok ince partiküller akışkanlaştırılmış yatağın dışına kaçarken , fazla büyük partiküller ise akışkanlaştırmayı durdurur.
Küçük üniteler atmosfer basıncında ve statik akışkanlaştırma düzeyinde çalışır. Buhar kazanı boyutunun büyük olması durumunda, dolaşımlı akışkan yatak tekniği ile yakma işleminin uygulanması daha çok tercih edilir.

Şekil 2.6: Düşük kükürtlü kömür yakmaya yönelik CFBC buhar kazanı

Akışkan yatak tekniği kül bakımından zengin olan kömür yakılmasında kullanılır. Halihazırda iki farklı türde akışkan yatak buhar kazanı mevcuttur: kabarcıklı akışkan yatak yakma (BFBC) ve dolaşımlı akışkan yatak yakma (CFBC).
Dolaşımlı akışkan yatak yakma sistemlerinde, kazanın taban kısmında bir dolaşımlı akışkan yatak bulunur.
CFBC ile yakma işleminde hava, kısmen birincil hava ve kısmen de ikincil hava olarak fırının taban kısmına verilir. Sıcak yanma gazları partikülleri yakma sistemlerinin üst kısmına kadar taşırlar ve oradan siklonlarda tutulan partiküller ana yanma odasının taban kısmına tekrar yönlendirilir.
Dolaşımlı akışkan yatak ile yakma işleminde, yatak, çok az miktarda yakıt içeren atıl materyalden oluşur ve (oksijeni) düşüşülmüş?? havanın akışkanlaşma hızına bağlı olarak kabarcıklar oluşur. Bu teknikte yakma verimliliği daha düşüktür ve kükürtün kireç taşı tarafından tutulması (adsorpsiyonu) da daha az verimlidir.
Çevresel hususlar işin içinde olduğu sürece, FBC sistemleri kireçtaşı enjeksiyonu ile SO2emisyonlarını azaltabilir ve düşük yanma sıcaklıkları nedeniyle nispeten düşük termal NOXoluşumu sağlayabilir. Bu ileri yakma tekniğinin günümüzde yoğun bir şekilde daha fazla geliştiriliyor olmasının nedenlerinden biri de budur. Bununla birlikte, bu buhar kazanları yakıt spesifikasyonlarına duyarlı olmadıklarından çok farklı yakıt türleri aynı tesiste birlikte yakılabilir.???

Şekil 2.7: Kabarcıklı akışkan yatak buhar kazanı ile dolaşımlı akışkan yatak buhar kazanı örnekleri

2.5.2 Basınçlı akışkan yataklı yakma

Atmosferik akışkan yatak yakma sistemleri ile edinilen deneyimler baz alınarak basınçlı akışkanlaştırılmış yakmanın (PFBC) geliştirilmesi 1970’li yılların ortalarında başlamıştır. PFBC sistemleri aynı randıman ile daha küçük tesis avantajını sunarlar ki böylelikle yatırım maliyetleri azalır ve bu durum ikincil emisyon azaltım tedbirlerine gerek olmaksızın mukayesen daha düşük emisyonlar ve geleneksel kömür ile çalışan tesisler ile karşılaştırılabilecek ölçüde veya onlardan biraz daha yüksek termal verimliliğe yol açar.

Düşük yakma sıcaklığı nedeniyle termal NOX oluşmaz ve yakıt NOX’u gaz türbininden önce veya friborda amonyak verilerek yakma işlemi sırasında azaltılabilir. Atmosferik FBC durumunda olduğu gibi, kabarcıklı ile dolaşımlı yatak sistemleri arasında ayrım yapmak mümkündür.
PFBC sisteminin ana parçaları: kömür hazırlama ve taşıma bölümü; basınçlı kabarcıklı veya akışkan yatak buhar kazanı; sıcak gaz temizleme bölümü, seramik mum filtre veya siklonlar; gaz türbini; ve buhar türbininin buhar/su devresidir.
Şekil 2.8’de kabarcıklı yatak PFBC sisteminin şematik çizimi gösterilmiştir.

Steam turbine: Buhar türbini Sorbent: sorbent Coal: kömür Combustor vessel: yakma veznesi Cyclones: Siklonlar Ash cooler: Kül soğutucu Gas turbine: Gaz türbini Ash silo: Kül silosu Filter: filtre Stack: baca Economiser: Ekonomizer Feed pump: Besleme pompası Low pressure preheaters: düşük basınç ön ısıtıcıları

Şekil 2.8: Kabarcıklı yatak PFBC sisteminin şematik resmi

2.6.- Termal verimlilik

2.6.1. Buhar kazanı verimliliği

Halihazırdaki katı yakıtlı yeni ve temiz buhar kazanları için verimlilik seviyelerinin % 86 ile 94 arasında olduğusöyelenebilir. Kazandaki ana kayıplar; baca yoluyla baca gazı atık ısısı, yanmamış karbonlar, küldeki atık ısı ve radyasyon kayıplarıdır.Aynı performansa sahip (aynı ortam ve baca gazı sıcaklığı, aynı oranda fazla hava vb.) buhar kazanlarının yakıt türüne göre (alt ısıl değer bazında) farklı verimliliklerin elde edilmesi yakıtın önemini gösterir.

• 
  Kömür: % 94 verimlilik
  
• 
  Linyit: % 92 verimlilik
  
• 
  Düşük kalite linyit: % 86.
  

2.6.2. Kömürle çalışan buhar kazanı verimliliğini artıracak teknikler

Kömürle çalışan buhar kazanı verimliliği yakıt kalitesi ve ortam havası sıcaklığı ile yakından ilgilidir (proje-girdi verileri). Ancak bazı parametrelerin optimizasyonu da mümkündür:

Küldeki yanmamış karbon. Yakma işleminin optimizasyonu küldeki yanmamış karbon miktarının daha az olmasınısağlar. NOX azaltımı için yapılan yanma modifikasyonu esnasında yanmamış karbon miktarının artışgöstereceğine dikkat edilmelidir. Optimum verimliliğe veya optimum yakıt tüketimine ulaşmak için, yakıtın en verimli şekilde yakılmasıgerekir. Ancak teknik özellikler ve yakıt özelliklerine göre, özellikle antrasit kömürü yakılmasıyla külde yüksek düzeyde yanmamış karbon içeriği oluşabilir
Yanma Havası Fazlalığı. Yanma havası fazlalığı,buhar kazanı tipine ve yakıt niteliğine bağlıdır. Tipik olarak, pülverize kömürle çalışan kuru tabanlı buhar kazanları için % 20 fazla hava normaldir. Yakma işleminin kalitesi (CO ve yanmamış karbon oluşumu), buhar kazanı bütünlüğü (hava sızıntısı),korozyon ve emniyet (buhar kazanında termal ekskürsiyon? riski) nedeniyle hava fazlalığını daha da düşürmek çoğu zaman mümkün değildir.
Baca gazı sıcaklığı.Buhar kazanından ayrılan baca gazının sıcaklığı (yakıt tipine bağlı olarak) kükürtik asit yoğuşması ile asit korozyonu riskinden kaçınmak amacıyla genellikle 120 ile 220 °C arasında değişir. Ancak bazı tasarımlar kimi zaman bu sıcaklığı 100 °C’nin altına düşürmek için ikinci bir hava ısıtıcı aşaması dahil ederler ancak hava ısıtıcı ve baca üzerinde özel bir kaplama olmalıdır ki bu suretle bu indirgeme işlemi de ekonomik açıdan cazibesini yitirir.